阿克蘇流域近五十年洪水資料代表性分析

張 燕

(新疆昌吉水文勘測局，新疆 昌吉 831100)

1 流域參證水文測站概況

1.1 協(xié)合拉站

該站設(shè)立于1956年10月，觀測至今，該站位于溫宿縣土木休克鄉(xiāng)協(xié)和力村，測站以上集水面積12 816 km2，觀測項目包括水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、氣溫、水溫、水質(zhì)等，截止2006年，資料系列長度50 a，為連續(xù)系列。該站為新疆水文水資源局所轄國家基本水文站，觀測項目完整，測驗及資料整編嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)及部頒規(guī)范，資料精度可靠。

1.2 西大橋(新大橋)站

該站設(shè)立于1951年9月，觀測至今，是阿克蘇河(新大河)干流水量控制站。該站位于阿克蘇市西大橋，東經(jīng)80°15′，北緯41°07′，測站以上集水面積43 123 km2，觀測項目包括水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、氣溫、水溫、水質(zhì)等，截止2006年，資料系列長度56年，為連續(xù)系列。該站為新疆水文水資源局所轄國家基本水文站，觀測項目完整，測驗及資料整編嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)及部頒規(guī)范，資料精度可靠。

2 洪水資料系列代表性分析

阿克蘇流域的西大橋(新大河)、協(xié)合拉水文站均設(shè)立于20世紀(jì)50年代中期，屬于新疆設(shè)站較早的測站，由于周邊無更長的系列測站可參考，故本次研究以該兩個水文站作為參證站，對洪水系列主要統(tǒng)計參數(shù)及年際變化過程進行分析，對自50年代以來的洪水系列做了初步評價。

2.1 洪峰流量系列代表性分析

2.1.1 不同長度系列統(tǒng)計參數(shù)對比分析

表1為兩個站自資料截止年份(2006年)向前推，根據(jù)矩法估算的不同長度系列統(tǒng)計參數(shù)分析對照，從表1可見，各站的統(tǒng)計參數(shù)估計值不夠穩(wěn)定，但隨著系列的長度增加，統(tǒng)計參數(shù)波動幅度有所減小，當(dāng)系列長度在44年以上時，相對多年平均值而言，統(tǒng)計參數(shù)的波動幅度分別為庫瑪拉克河協(xié)合拉站洪峰均值為±3.1%，Cv值為±4.7%，新大河河西大橋站洪峰均值為±3.2%，Cv值為±2.2%。

表1 不同長度洪峰流量系列統(tǒng)計參數(shù)對照表

2.1.2 洪峰流量模比系數(shù)累計平均曲線分析

圖1表明，當(dāng)系列長度達44 a以上時，洪峰流量模比系數(shù)累計平均值有漸趨于1的趨勢，表明隨著系列長度的增加，洪峰流量系列均值穩(wěn)定性增強。

圖1 參證站洪峰流量模比系數(shù)平均曲線綜合圖

2.1.3 洪峰流浪模比系數(shù)差積曲線分析

從圖2可以看出，西大橋與協(xié)合拉站洪峰流量過程基本同步。系列中包含了一個持續(xù)高洪峰及持續(xù)低洪峰年群，即：自1956年至1980年前后的15年間，西大橋、協(xié)合拉最大洪峰流量大多低于其多年平均值，自80年代初開始，兩站多數(shù)年份最大洪峰流量高于其多年平均值，1995年以后，差積值急速上升，出現(xiàn)了連續(xù)高洪峰年份。

圖2 參證站洪峰流量模比系數(shù)差積曲線綜合圖

綜上所述，自50年代至今的洪峰流量系列，統(tǒng)計參數(shù)已有一定的穩(wěn)定性，洪水年際過程亦包含了洪峰流量年際變化的一些周期性特征，系列具有一定的代表性。同時，由于年際過程周期較單調(diào)，以及獲取的高洪峰洪水年群信息不完整，因而對年最大洪峰流量系列代表性有一定的影響。

2.2 時段洪量系列代表性分析

由于西大橋站與協(xié)合拉站洪水系列年際變化過程具有較高的同步性，為簡化分析，以協(xié)合拉站3、7、15日洪量為例，分析時段洪量系列代表性。

2.2.1 長短系列統(tǒng)計參數(shù)對比分析

從表2～表4統(tǒng)計數(shù)據(jù)可見，與洪峰系列相類似，時段洪量系列統(tǒng)計參數(shù)矩法估計值隨系列長度的增加，波動幅度逐漸降低。當(dāng)系列長度達36年以上時，時段洪量系列均值相對長系列平均值波動幅度均不超過3.1%，Cv值不超過4.1%。

表2 36年以上時段系列相對長系列統(tǒng)計參數(shù)變幅統(tǒng)計

表3 協(xié)合拉站不同長度3日洪量系列統(tǒng)計參數(shù)對照

表4 協(xié)合拉站不同長度7日洪量系列統(tǒng)計參數(shù)對照

2.2.2 時段洪量模比系數(shù)累積曲線分析

從圖3和圖4可見，時段洪量模比系數(shù)累積平均值隨系列長度增加而呈收斂狀，當(dāng)系列長度達36年以上時，時段洪量模比系數(shù)累計平均值相對于1的變化幅度均小于4%。

圖3 協(xié)合拉站洪峰流量模比系數(shù)累計平均曲線

圖4 協(xié)合拉站15日洪量模比系數(shù)累計平均曲線

2.2.3 時段洪量模比系數(shù)差積曲線分析

對比分析圖5和圖6，很明顯，同一站不同時段洪量年際變化過程具有同步性；與洪峰年際過程相類似，協(xié)合拉時段洪量年際過程線形態(tài)簡單，持續(xù)大洪量年際過程及持續(xù)小洪量年紀(jì)過程均不夠完整。

圖5 協(xié)合拉站3日洪量模比系數(shù)差積曲線

圖6 協(xié)合拉站15日洪量模比系數(shù)差積曲線

綜合上述分析，可以認為，協(xié)合拉站1956-2004年時段洪量系列統(tǒng)計參數(shù)已基本趨于穩(wěn)定，且也包含了兩個時間大體對等的持續(xù)大洪量河持續(xù)小洪量年群，因而系列具有一定的代表性。由于西大橋(新大河)時段洪量系列年際過程與協(xié)合拉是同步的，其系列代表性與協(xié)合拉相似。

2.3 洪水系列一致性分析

區(qū)間引水及測站變遷是影響參證站洪水系列一致性的兩個主要因素。

協(xié)合拉站位于出山口區(qū)，斷面以上多為游牧區(qū)，無大規(guī)模灌溉引水，洪水受人類活動影響極小，因而其洪水系列不存在不一致性問題。協(xié)合拉以下沖洪積平原區(qū)是阿克蘇河系的水利開發(fā)區(qū)，建有多處引水樞紐，這些樞紐的運行在一定程度上改變了徑流的運行條件，使下游測站存在著一定的洪水系列不一致的問題。但由于50-70年代多數(shù)引水設(shè)施簡陋，引水量觀測資料缺乏或已散失，加之年代較遠，難以收集到可靠的引水資料來還原參證站洪水系列。

表5 協(xié)合拉站不同長度15日洪量系列統(tǒng)計參數(shù)對照

圖7是協(xié)合拉與西大橋1日洪量相關(guān)圖，該圖表明，兩站洪量系列未見有數(shù)據(jù)點的明顯時段性偏離，表明自1952年以來人類活動尚未對西大橋洪水系列一致性產(chǎn)生顯著性的影響，故沒有必要對各參證站做還原及系列訂正。

圖7 協(xié)合拉與西大橋1日洪量相關(guān)圖

3 結(jié)語

阿克蘇河流域覆蓋面廣，受制于兩支河流洪水成因的阿克蘇河干流洪水的成因與類型比較復(fù)雜。在流域主要城市制定防洪規(guī)劃過程中，洪水水文分析計算問題是一個比較復(fù)雜的過程，需廣泛搜集水文、氣象、水利工程等方面的資料，尤其是流域內(nèi)長系列洪水資料的代表性和準(zhǔn)確性對預(yù)測流域洪水變化和保障城鄉(xiāng)安全起著極為重要的作用，通過對流域近五十年洪水系列資料代表性的研究，可以今后流域水資源開發(fā)及水利工程建設(shè)提供基礎(chǔ)依據(jù)。